JP3960714B2 - 光ファイバ用ガラス母材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの原材料として用いられるガラス母材を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用ガラス母材は、例えば気相軸付け法（ＶＡＤ法）により、コア部とその外周のクラッド部とでドープ剤の濃度を相違させたガラス微粒子をバーナから吹き付けガラス微粒子堆積体とした後、加熱炉を通過させることにより焼結して脱水および透明ガラス化したものである。これをコアロッドとして両端に同径のダミー棒を接続し、その外周に外付け蒸着法（ＯＶＤ法）によりコアロッドと平行に往復動を繰り返すバーナから、クラッド部と同質な別なガラス微粒子を吹き付けてガラス微粒子堆積体とした後、焼結して一層大型のガラス母材とすることもある。このガラス母材を線引すると光ファイバが得られる。
【０００３】
ガラス微粒子堆積体は、移動させながら加熱炉を通過させることによって焼結される。このときガラス微粒子は、堆積体の外縁から順次溶融され、より内側あるいはより加熱炉外側方向の未溶融のガラス微粒子の空隙を詰めながら、透明なガラス母材を形成してゆく。
【０００４】
焼結開始部位の近傍ほど、溶融したガラスが分散して周囲の未溶融のガラス微粒子の空隙を詰めるため、焼結後の母材の外径が細くなってしまう。焼結が進行すると均等に空隙を詰めるようになるので、焼結後のガラス母材は一定の外径に収束する。
【０００５】
ガラス母材の外径が不均一であると、光ファイバのカットオフ波長やモードフィールド径の不均一を引き起こすので、母材の外径を均一にするために焼結開始部位近傍でガラス微粒子堆積層を厚くする方法が採られていた。例えば、バーナの移動速度を緩めたりガラス微粒子の供給量を増やして堆積層を厚くしていたが、堆積密度が不均一となるため、ひび割れが生じたり焼結後に気泡が残留するという別な問題を誘発していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の課題を解決するためなされたもので、外径が均一で、ひび割れや気泡のない光ファイバ用ガラス母材を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するためになされた本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、実施例に対応する図１を参照して説明すると、回転する棒状のロッド２の両端に各々ダミー棒１・３が接続され、一方のダミー棒１が、該ロッド２と同径であり、他方のダミー棒３が、該ロッド２より太径であって、径減縮されつつその端面で該接続される太径の接続部６を有しており、該ロッド２の側面と、該一方のダミー棒１の側面と、該接続部６を跨って該他方のダミー棒３の側面とに、該ロッド２と平行な往復動を繰り返すバーナ９から吹き付けられるガラス微粒子を堆積させた後、それを該他方のダミー棒３の側から焼結することを特徴としている。
【０００８】
焼結は、鉛直に吊り下げられた該ロッド２の下端に接続された前記他方のダミー棒３の側から開始されることで好適に実施することができる。
【０００９】
ダミー棒３がロッド２より太径な接続部６を有していると、その側面にガラス微粒子を堆積させる際に、ロッド２と比べバーナ９の火炎８との接触面積が拡大するため、堆積密度は同等でガラス微粒子堆積量が増大する。したがって太径接続部６の側面に堆積したガラス微粒子の厚さは、ロッド２の側面に堆積したガラス微粒子の厚さに比べ厚くなっている。この部位から焼結が開始されると、太径接続部６の側面のガラス微粒子が溶融し、焼結開始部位近傍ほど周囲に分散して空隙を詰めつつ、透明なガラスとなるが、この厚さのためガラスの厚さがほぼ均一となる。焼結が進行し、光ファイバ用ガラス母材を形成する部位であるロッド２の側面に堆積したガラス微粒子が溶融されるときには、均等に空隙を詰めるようになっているので、焼結して得られるガラス母材の外径は一定に収束している。
【００１０】
太径接続部６の径が、ロッド２の径の１００．１〜６００％であることで好適に実施することができる。この範囲が１００．１〜２００％であると、火炎８と太径接続部６との接触面積を大きくすることができ堆積効率が高いうえ、ロッド２に対するダミー棒の重量比が小さくダミー棒の把持装置を簡略化できるため、一層好ましい。１００．１％未満であると、火炎と太径接続部との接触面積が小さくなって堆積効率が低下してしまう。一方、６００％を超えると堆積効率はこれ以上には向上しなくなる上、重量過多となってしまう。
【００１１】
太径接続部６が徐々に径減縮されて、接続されていることが好ましい。径減縮されていると、バーナ９の移動速度を一定にしたまま、太径接続部６の径が太くなるにつれガラス微粒子を徐々に厚く堆積させることができる。
【００１２】
太径接続部６の径減縮されつつある軸長Ｌに対する、太径接続部６の最大径Ｄの比Ｄ／Ｌが１０〜１／２０であることで好適に実施することができる。この範囲が１０より大きくなると、太径接続部の端面がほぼ平面となってしまう結果、溶融による接続が困難である。この範囲が１／２０より小さいと、径減縮されつつある軸長Ｌが長くなるうえ、堆積効率がよくない。操作性や生産効率の面からこの範囲が１〜２／５であると、一層好ましい。
【００１３】
ロッド２が、コアとクラッドとを有していることが好ましい。これにより一層大型のガラス母材を得ることができる。
【００１４】
前記ロッド２を鉛直に吊り下げたまま、前記堆積させた後、前記焼結することが好ましい。ロッド２は、鉛直に吊り下げられていると、ガラス微粒子の堆積や、引き続いて加熱炉の通過のための装置を簡便にすることができ、効率よくガラス母材が製造される。
【００１５】
この光ファイバ用ガラス母材の製造方法によれば、ロッドの側面に堆積したガラス微粒子の焼結により、外径が均一で、ひび割れや気泡のない母材を得ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法を詳細に説明する。
光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、コアとその外周を取り巻くクラッドとを有する棒状のロッド２にガラス微粒子を堆積させた後、焼結するものである。
【００１７】
ロッド２の下端５には、ロッド２より太径であって接続部が径減縮されているダミー棒３が接続され、ロッド２の上端４には、ロッド２と同径のダミー棒１が接続されている。ロッド２はダミー棒１を介して鉛直に吊り下げられている。ロッド２と平行に往復動を繰り返しているバーナ９の酸水素火炎８に、ガラス原料であるテトラクロロシランが供給されている。ロッド２の上端４のダミー棒１に接続した回転用モータ（不図示）の駆動により、ロッド２は回転している。酸水素火炎８中で生成したガラス微粒子が、ロッド２の側面と、ダミー棒１・３の側面とに吹き付けられる。ガラス微粒子は、ロッド２の側面とダミー棒１の側面とに均一な厚さで堆積され、ダミー棒３の太径接続部６の側面にはロッド２の側面より厚く堆積される。なお、バーナの往復動の折り返しのためガラス微粒子が堆積する両端はコーン状となっている。
【００１８】
ガラス微粒子が所望の厚さに堆積したところでバーナ９を止め、ガラス微粒子堆積体７を得る。ダミー棒１に接続した降下用回転モータの駆動によりガラス微粒子堆積体を加熱炉を通過させて（不図示）、ダミー棒３の太径接続部６の側面から順次焼結させると、ロッド２の下端５から上端４までの側面に堆積したガラス微粒子が透明ガラス化し、外径が均一で気泡やひび割れのないガラス母材が得られる。
【００１９】
以下に、本発明を適用する光ファイバ用ガラス母材の製造方法により製造した例を実施例に示す。また本発明を適用外の光ファイバ用ガラス母材の製造方法により製造した例を、比較例に示す。
【００２０】
（実施例）
ＶＡＤ法で作製した長さ６００ｍｍ、外径３０ｍｍφのコアとクラッドとを有する石英製の棒状のロッド２の下端５に、太径接続部６の径減縮されつつある軸長Ｌに対する太径接続部の最大径Ｄの比が２である外径３５ｍｍφの石英製のダミー棒３を溶接により接続した。ロッド２の上端４にはロッド２と同径の石英製のダミー棒１を接続した。バーナ９に酸素ガス１００Ｌ／分と水素ガス１５０Ｌ／分とを供給し点火して得られる酸水素火炎８に、テトラクロロシラン１０Ｌ／分を供給し、ガラス微粒子を生成させた。バーナ９は、５０ｍｍ／分の速度でロッド２と平行に往復動を繰り返しながら、１５ｒｐｍで回転しているロッド２とダミー棒１・３との側面にガラス微粒子を吹き付けた。これによりガラス微粒子の堆積体が得られた。堆積体を３０本製造したところ、いずれにも堆積体のひび割れは確認されなかった。加熱炉に堆積体を通過させて焼結させ、光ファイバ用ガラス母材としたところ、気泡は観察されなかった。ロッド２の下端５からロッド２の上端４に至るまで、ガラス母材の外径に対するロッドの外径の比αを測定した結果を図２に示す。図２から明らかなように、長手方向でのその比の変化は極僅かであった。
【００２１】
（比較例）
ロッドと同径で外径３０ｍｍφのダミー棒を用いたことと、バーナの速度をロッドの中央付近で５０ｍｍ／分としダミー棒付近で４０ｍｍ／分としたこと以外は実施例と同様にしてガラス微粒子堆積体を３０本製造したところ、９本にひび割れが生じていた。実施例と同様にした光ファイバ用母材としたところ、目視により気泡が観察された。また、図２に示すようにガラス母材の外径に対するロッドの外径の比αはロッドの下端すなわち焼結の開始端側ほど大きくなっていた。
【００２２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法によれば、外径が均一で、ひび割れや気泡のない光ファイバ用ガラス母材が効率よく得られる。このガラス母材から、カットオフ波長やモードフィールド径が一定で、均質な光ファイバを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する光ファイバ用ガラス母材の製造方法の実施例を示す概要図である。
【図２】光ファイバ用ガラス母材の長手方向の位置と、ガラス母材の外径に対するロッドの外径の比αとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１はダミー棒、２はロッド、３はダミー棒、４はロッド上端、５はロッド下端、６は太径接続部、７はガラス微粒子堆積体、８は火炎、９はバーナ、Ｄは最大径、Ｌは軸長である。

Claims (7)

1. 回転する棒状のロッドの両端に各々ダミー棒が接続され、一方のダミー棒が、該ロッドと同径であり、他方のダミー棒が、該ロッドより太径であって、径減縮されつつその端面で該接続される太径の接続部を有しており、該ロッドの側面と、該一方のダミー棒の側面と、該接続部を跨って該他方のダミー棒の側面とに、該ロッドと平行な往復動を繰り返すバーナから吹き付けられるガラス微粒子を堆積させた後、それを該他方のダミー棒の側から焼結することを特徴とするファイバ用ガラス母材の製造方法。
2. 前記焼結が、鉛直に吊り下げられた該ロッドの下端に接続された前記他方のダミー棒側から開始されることを特徴とする請求項１に記載のファイバ用ガラス母材の製造方法。
3. 前記太径接続部の径が、前記ロッドの径の１００．１％〜６００％であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
4. 前記太径接続部が徐々に径減縮されて、前記接続がされていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
5. 前記太径接続部の径減縮されつつある軸長に対する、該太径接続部の最大径の比が１０〜１／２０であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
6. 前記ロッドが、コアとクラッドとを有していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
7. 前記ロッドを鉛直に吊り下げたまま、前記堆積させた後、前記焼結することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。

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